光纤传输语音电路设计

1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 光电检测技术 题 目 光纤传输语音电路设计 院 系 电子科学学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2015年3月13日东北石油大学课程设计任务书课程 光电检测技术题目 光纤传输语音电路设计专业 电子科学与技术 姓名 学号 主要内容： 应用集成电路、光敏二极管、三极管，设计光电发射与接收电路，光纤传输语音信号的功能。基本要求：1） 设计光纤传输语音信号的框图。2） 设计光信号发射电路及光信号接收电路。3） 传输距离200米左右。4） 调试安装。5） 完成课程设计总结报告。主要参考资料：1）李芳健编著.光纤通信相关技术M.北京：机械工业出版社,

2、2010.11.2) 雷御堂编著，光电信息技术M.北京：电子工业出版社. 2006.4.3) 黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用M. 北京：人民邮电出版社，2006.10.完成期限 2015.3.92015.3.13 指导教师 专业负责人 2015年3月6日第1章 概述1.1 选题背景光电检测技术是一种非接触测量的高新技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机

3、及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。光纤传输，即以光线为介质进行传输。光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且可以满足视频传输的需求。其数据传输率能达几千Mbps。如果在不使用中继器的情况下，传输范围能达到6-8km。1.2 发展前景光纤通信技术应用迅速增长，自1977年光纤系统首次商用安装以来，电话公司就开始使用光纤链路替代旧的铜线系统。今天的许多电话公司，在他们的系统中全面使用光纤作为干线结构和作为城市电话系

4、统之间的长距离连接。提供商已开始用光纤/铜轴混合线路进行试验。这种混合线路允许在领域之间集成光纤和同轴电缆，这种被称为节点的位置，提供将光脉冲转换为电信号的光接收机，然后信号再经过同轴电缆被传送到各个家庭。近年来，作为一种通信信号传输的恰当手段，光纤稳步替代铜线是显而易见的，这些光缆在本地电话系统之间跨越很长的距离并为许多网络系统提供干线连接。光纤是一种采用玻璃作为波导，以光的形式将信息从一端传送到另一端的技术。今天的低损耗玻璃光纤相对于早期发展的传输介质，几乎不受带宽限制并具有独一无二的优势，点到点的光学传输系统由三个基本部分构成：产生光信号的光发送机、携带光信号的光缆和接收光信号的光接收机

5、。光纤传输设备传输方式可简单的分成：多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHz的速率，光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味这能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或者增强传输光缆中信号。传输过程是由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光媒体传播，在另一端则有PIN或APD光电二极管作为检波器接收信号。对光载波的调制为移幅键控法，又称亮度调制（Intensity Modulation）。典型的做法是在给定的频率下，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。发光二极管

6、LED和注入型激光二极管ILD的信号都可以用这种方法调制，PIN和ILD检波器直接响应亮度调制。第2章光纤传输语音设计原理2.1 光电检测电路整体设计此电路可以通过1mm塑料光缆传送语音。发射器电路板(KIT26 T)上有一个话筒和调制LED发光的线路。LED装在塑料壳中以便于连接FO光缆进行发送。在接收器(KIT26 R)板上有光电接收器、扬声器及用于将检测到的光信号变为电信号、放大并且转换为声波的电路。语音信号以光波形式在光缆内传输、不受任何电场和磁场的影响。传输距离远，抗干扰能力强。每个电路板需要一个9V电池，但连续使用时建议使用整流电源。装置中安装有4.3m直径1mm的塑料光缆。此线路

7、能很好地传送信号通过183m光缆。注意：这里使用的塑料光缆不是1m的玻璃光缆，使用玻璃光缆可以在更远的距离(约32km)内通信。而塑料光缆实验应用十分方便，而且在电子噪声环境中进行短距离通信有明显的抗干扰效果。此电路组装在单面印制线路。2.2 工作电路框图设计根据设计任务要求做出如图2.1的电路框图电流放大声电转换电光转换MIC声音输入扬声输出光缆传输光电转换电流放大电声转换光接收器图2.1 工作电路框图音频信号最初是声波，由发送器的电子麦克风转换为电信号。此信号由LM358组成的音频放大器放大，并且借助于一个单独的晶体管控制LED的端电压，将电信号转换为光信号。光信号送入塑料光缆。在光缆的另

8、一端，光信号照射到接收器的光电管上。光电管再将其转换为电信号。此信号被放大并送人扬声器转换为声波。2.3 元器件的选择2.3.1 LM358集成电路LM358集成电路IC内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式、贴片式和圆形金属壳封装等。2.3.2 晶体三极管在该制作时用了一个很重要的光电器件晶体三极管。晶体三极管的作用主要是电流放大，他是电子

9、电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种， 从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电

10、压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。2.3.3 光电检测器光检测器的主要功能是将光信号转换为电信号。它是现代光纤通信系统中的重要部件。目前光纤通信系统中使用的光检测器主要是移相开关二极管，即PIN二极管。PIN二极管对低频信号具有整流作用，而对高频信号，却只有阻抗作用。阻抗值的大小决定于中间层。当中间层为正偏时，因为有载流子注入中间层，器件呈低阻；而不中间层处于零偏或反偏时，器件呈高阻。从而可以用于信息的检测。光检测器除了用PIN二极管外，还可用雪崩光电二极管，它们的工作原理大致相同。第3章 光电信号放大电路设计3.1 根据设计要求设计给出发射器整体电路图

11、图3.1 发射器电路图音频信号最初是声波，由发射器的电子麦克风转换为电信号。此信号由LM358组成的音频放大器放大，并且借助于一个单独的晶体管控制LED的端电压将电信号转换为光信号。光信号送入塑料光缆。在光缆的另一端，光信号照射到接收器的光电管上。光电管再将其转换成为电信号。此信号被放大并送入扬声器转换为声波。3.2 根据设计要求设计给出接射器整体电路图图3.2 接收器电路图如果不能工作，焊接质量差是电路不工作的最常见的原因。首先在明亮的光线下仔细检查所有焊点，其次查看所有元件（包括IC和电解电容器）是否在PCB板的正确位置。最后，用万用表检查各器件的电压。再检查是否正确地处理了光缆的端头，并

12、且正确地插入了发送器的LED和接收器中。第4章 安装与调试4.1 元器件的选择发射器元器件选择：IC1选用LM358集成电路。VQ1选用晶体三极管。C1选用0.1F单体电容。VD选用IF-E96光电发射器(蓝底粉红点)。其他元器件如图所示。接收器元器件选择：VT选用IF-D93光电检测器(黑底红点)。C2、C3、CA、C6均选用0.1F单体电容。其他元器件如图所示。4.2 元器件的调试首先检查元件，特别要确认电阻的标识正确。光纤（FO）发射器和检测器的外观非常相似，检测器安装到接收板上，在黑色外壳上用红色标识；发射器安装到发送板上，在蓝色外壳上用粉红点标识。因两个板子的元件混装在一起，制作时要

13、对照原理图识别元件，然后装到板上。通常首先安装高度最低的元件（如电阻）。电子话筒必须将引脚与连接负极的金属外壳相连（即电路的地或0电平）。发送电路板德尔MIC上标有-标记。确认电解电容器以正确的方向插入。为了得到最佳发送效果，要保证光缆的端面垂直，可以用不同的平面角度来试验。你将发现LED给出的信号相当强，以至于最坏的切割方式，也能在所提供的4.3m光缆上得到好的接收效果。但要在183m以上距离的传输中得到好的接收效果，光缆末端必须很好地处理。 设备组装好后将9V电源接到发送器上，此时在LED的塑料外壳上能见到红色光线。如果看不到，可能是光电发送器和接收器弄混了。接收器连接电源后扬声器将发出噪

14、声。调小音量，把发射器放在靠近收音机或电视机的房间，确认光缆没有死环或扭结，光缆不能弯折得太厉害，曲率半径要保持在2cm以上。在接收端（FO光缆的末端）应看到从发送器送来的红色光线在接收器的前面闪动。能听到另一个房间里由发送器拾取的声音。将光缆压入接收器，拧紧螺母，就能听到非常清楚的声音。第5章 总结本次光纤传输语音电路设计是一次综合性很强的电路设计实践，学会了集成电路的设计、光电检测器的使用和晶体三极管的应用原理。本次设计的过程主要是经过声音接收装置、声电转换装置和光纤传输将声音进行远程的传输。通过这次的学习让我学会了声音传输的原理和如何进行自主网上和书籍中寻找需要的知识的技巧。与此同时我学

15、到了很多东西，不仅有学习方面的，更学到了很多做人的道理，对我来说受益非浅。这对我今后踏入新的工作岗位是非常有益的。除此以外，我还学会了如何更好地与别人沟通，如何更好地去陈述自己的观点，如何说服别人认同自己的观点。相信这些宝贵的经验会成为我今后成功的最重要的基石。实习是每一个大学毕业生必须拥有的一段经历，它使我们在实践中了解社会，让我们学到了很多在课堂上根本就学不到的知识，也打开了视野，增长了见识，为今后的学习生活打下见识的基础。参考文献 1肖景和编著，集成运算放大器应用精粹M. 北京：人民邮电出版社，2006.11 2陈振官等编著，光电子电路制作实例M.北京：国防工业出版社2006.4. 3黄继昌等编著，检测专用集成电路及应用M. 北京：人民邮电出版社，2006.10. 4阎石，数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社2006.5 5张永林等编著,光电子技术M.高等教育出版社.2005.5东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称光电检测技术